JPH0653604B2 - Ceramic material articles - Google Patents
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- JPH0653604B2 JPH0653604B2 JP1036421A JP3642189A JPH0653604B2 JP H0653604 B2 JPH0653604 B2 JP H0653604B2 JP 1036421 A JP1036421 A JP 1036421A JP 3642189 A JP3642189 A JP 3642189A JP H0653604 B2 JPH0653604 B2 JP H0653604B2
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 本発明はAl2O−ZrO2−SiO2−K2O系の組成物を溶融し、
鋳型に鋳造することにより得られる良好な機械的強度及
び耐摩耗性をもつ薄いセラミック物品に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention melts a composition of Al 2 O—ZrO 2 —SiO 2 —K 2 O system,
It relates to thin ceramic articles with good mechanical strength and wear resistance obtained by casting in moulds.
略してAZSと呼称されるアルミナ、ジルコニア及びシ
リカを主体とする組成物を溶融し、鋳型に鋳造すること
により得られる耐火材が良く知られており、耐火ブロッ
クの形態でガラス製造炉の構造材として広く使用されて
いる。数あるなかで、米国特許第2,271,366号、同第2,4
38,552号、同第2,903,373号及びフランス特許第1,153,4
88号には上述のような物質が記載されている。これらの
特許明細書はアルミナ、ジルコニア及びシリカである主
成分に加えて、耐火材の結晶相を結合するためのガラス
状相を組成物の一部に形成する少量のアルカリ金属酸化
物の存在を述べている。Na2OまたはK2Oまたはその混合
物はアルカリ金属酸化物として最も普通に記載されてい
るものであり、同効物として記載されている。しかし、
工業的実施において、Na2Oは、低コストであり且つNa2O
の供給源(炭酸ナトリウムが普通の供給源である)をよ
り容易に入手できるために普通使用されている。A refractory material obtained by melting a composition mainly containing alumina, zirconia and silica, which is abbreviated as AZS, and casting it in a mold is well known, and is a structural material for a glass manufacturing furnace in the form of a refractory block. Widely used as. Among others, U.S. Pat.Nos. 2,271,366 and 2,4
38,552, 2,903,373 and French Patent 1,153,4
No. 88 describes such substances. In addition to the main constituents being alumina, zirconia and silica, these patent specifications describe the presence of small amounts of alkali metal oxides which form part of the composition a glassy phase for binding the crystalline phase of the refractory material. Says. Na 2 O or K 2 O or mixtures thereof are the ones most commonly described as alkali metal oxides and are listed as synonymous. But,
In industrial practice, Na 2 O is low cost and Na 2 O
Is commonly used because its source (sodium carbonate is a common source) is more readily available.
特に、溶融ガラスと接触する純粋な耐火物用途に加え
て、Al2O−ZrO2−SiO2−N2O系の溶融鋳造した製品は室
温または高温で耐研摩性用途の場合に有利である特性を
示すことが明らかとなった。In particular, in addition to pure refractory applications in contact with molten glass, Al 2 O--ZrO 2 --SiO 2 --N 2 O based melt cast products are advantageous for abrasive resistant applications at room or elevated temperatures. It has become clear that it exhibits characteristics.
事実、共晶に付随することがあるコランダム−ジルコニ
ア結晶格子は非常に硬く且つ非常に丈夫である。更に、
溶融鋳造した酸化物類を特徴付けるガラス相による結合
及び開口気孔の不在は、耐摩耗性用途において非常に有
用である顕著な結合力をもつ製品を提供する。In fact, the corundum-zirconia crystal lattice, which can be associated with eutectics, is very hard and very strong. Furthermore,
The bonding by the glassy phase and the absence of open pores, which characterize the melt-cast oxides, provides a product with outstanding bonding strength that is very useful in wear resistant applications.
また、Al2O−ZrO2−SiO2−Na2O系の溶融鋳造した製品
は、溶融ガラス以外の広範囲にわたる侵食剤例えば溶解
または溶融した塩類、酸または塩基(濃厚溶液でさ
え)、特定の溶融金属等による腐食に対して優れた耐性
をもつことが明らかとなった。Also, Al 2 O--ZrO 2 --SiO 2 --Na 2 O based melt cast products have a wide range of erosion agents other than molten glass, such as dissolved or molten salts, acids or bases (even in concentrated solutions), It has been clarified that it has excellent resistance to corrosion by molten metal and the like.
工業的規模において、大型耐火ブロックに加えて、上述
の新規なタイプの用途の開発は、金属類(鋼類−鋳鉄
類)または合成物質類(プラスチック)または天然物質
(化粧石)の代わりの耐摩耗性被膜及び耐腐食性被膜用
の薄いスラブの製造を導いた。On an industrial scale, in addition to large refractory blocks, the development of the new types of applications mentioned above has led to alternative resistance to metals (steels-cast irons) or synthetics (plastics) or natural substances (plaster). It has led to the production of thin slabs for wear and corrosion resistant coatings.
酸化物の溶融加工の分野における発達は、型合わせを単
純化し且つ接合部を最小限に減らすことができることに
より複雑な形状または余り複雑でない形状の部品を製造
することを可能にする。Developments in the field of melt processing of oxides make it possible to produce parts of complex or less complex shape by being able to simplify the mold matching and to reduce the joints to a minimum.
ある用途では、摩耗の問題は外部機械的応力(衝撃、振
動)により複雑である。他の場合には、物品(摩耗媒体
または腐食媒体中で回転する部材)の機能そのものがこ
れらの応力を包含する。ある新規な用途において、溶融
鋳造した酸化物よりなる構造部材類は金属と比較してそ
れらの化学的不活性、低熱導伝性または軽量性のために
選択され、適用する時に機械的応力または熱機械的応力
を実質上受ける。In some applications, the wear problem is complicated by external mechanical stress (shock, vibration). In other cases, the function of the article (the member that rotates in the wear or corrosive medium) itself involves these stresses. In one novel application, structural members consisting of melt-cast oxides are selected for their chemical inertness, low thermal conductivity or light weight compared to metals, and are not subject to mechanical stress or heat when applied. Substantially receives mechanical stress.
大型耐火ブロックは腐食を受けることを避けることがで
きないから、表面(または表皮)の欠陥は余り重要では
ないが、薄手の物品では表面(表皮)の欠陥はその、幾
何的要件(厚さに対する表面欠陥の相対的大きさ)及び
使用する際の応力要件(上述の欠陥が原因となって起こ
る機械的破損の危険性)のために決定的な重要性をもた
らすことが容易に認められる。Surface (or skin) imperfections are less important because large refractory blocks are subject to corrosion, but in thin articles surface (skin) imperfections are related to their geometrical requirements (surface to thickness). It is readily appreciated that it is of decisive importance due to the relative size of the defects) and the stress requirements in use (risk of mechanical failure caused by the abovementioned defects).
破損の機構から材料の強度は下記の式で表すことができ
る: 式中、6R=破壊応力(例えば曲げ試験により測定する) Kc=破損時の靱性または臨界応力強度係数 Y=幾何学的因子(問題となる標本に依存する) ac=臨界欠陥の相当長さ 従って、機械的強さは下記のようになる: −物質の固有の特徴である靱性に破損時の靱性に比例す
る、 −製造条件、恐らく物品のタイプ等に依存する臨界欠陥
の寸法の平方根に反比例する。From the failure mechanism, the strength of a material can be expressed as: Where 6 R = Fracture stress (measured, for example, by bending test) K c = Toughness or critical stress intensity factor at failure Y = Geometric factor (depending on the sample in question) a c = Corresponding critical defect Length Accordingly, the mechanical strength is as follows: -proportional toughness of a material is proportional to toughness at break, -critical dimension of critical defects depending on manufacturing conditions, perhaps type of article, etc. Inversely proportional to the square root.
セラミックの靱性は金属の靱性より1ケタだけ低い。こ
れは、同じ機械的強さを目標とする場合に、セラミック
中の許容できる欠陥の寸法は金属の欠陥の寸法より2ケ
タ小さいことが必要となることを意味する(例えば金属
の欠陥の寸法1mmに対して10μm)。The toughness of ceramics is one digit lower than that of metals. This means that if the same mechanical strength is targeted, then the size of the permissible defects in the ceramic will need to be two orders of magnitude smaller than the size of the metal defects (for example, a metal defect size of 1 mm. To 10 μm).
AZSタイプの溶融鋳造セラミックはこの法則から免除
されるものではない。従って、欠陥寸法の減少は、機械
的応力を受ける物品の製造を試みる場合に最初に重要な
ものであることが判る。AZS type melt cast ceramics are not exempt from this law. Therefore, reduction of defect size proves to be of primary importance when attempting to manufacture an article that is subject to mechanical stress.
セラミックの強度は圧縮の際よりも引っ張りの際に非常
に低い;この特徴はセラミック物品を表面欠陥に対して
非常に鋭敏なものにする。従って、セラミック物品は特
別な注意を払って形成しなければならない。The strength of ceramics is much lower in tension than in compression; this feature makes ceramic articles very sensitive to surface defects. Therefore, ceramic articles must be formed with special care.
AZSからなる薄い溶融鋳造した物品の主要な欠陥を調
べてみると、それらは以下の2グループへ分けることが
できる: −収縮多孔質タイプの内部欠陥、 −表層亀裂タイプの内部欠陥。Examining the main defects of thin melt cast articles made of AZS, they can be divided into two groups: -shrinked porous type internal defects, -surface crack type internal defects.
上述の考察によれば、臨界欠陥は後者であろう。この仮
説は、突然の破損または徐々に起こる破損が殆どいつも
表層亀裂から始まることを示す使用中に機械的応力を受
けた使用済の溶融鋳造した部材の点検により支持され
る。From the above considerations, the critical defect would be the latter. This hypothesis is supported by inspection of used melt-cast components that have been mechanically stressed during use indicating that sudden or gradual failure almost always begins with a surface crack.
それ故、薄い溶融し、鋳造した物品の機械的強さを向上
することを目的とする方法は表層亀裂を低減することに
ある。Therefore, a method aimed at improving the mechanical strength of thin melted and cast articles consists in reducing surface cracking.
AZSよりなる薄い溶融し、鋳造した物品における表層
亀裂の顕微鏡による点検は、表層亀裂が生成物の結晶粒
の絡み合う部分を結合するガラス相中に常に存在するこ
とを示す。Microscopic inspection of surface cracks in thin melted and cast articles of AZS shows that surface cracks are always present in the glass phase joining the entangled portions of the product grains.
この種の生成物を凝固すると、ガラス相は最後に固定へ
固まる。ガラス相が可塑性である間は、生成物は応力及
び歪みをある程度吸収することができるが、ガラス相が
凝固した時には、亀裂の危険性は非常に大きくなる。When solidifying a product of this kind, the glass phase finally sets to a solid. While the product is able to absorb some stresses and strains while the glass phase is plastic, the risk of cracking becomes very great when the glass phase solidifies.
従って、ガラス相の性質はAZSよりなる溶融鋳造した
生成物の亀裂発生の際に実質的な役割を演ずることが容
易に判るであろう。Thus, it will be readily seen that the nature of the glass phase plays a substantial role in crack initiation in the melt cast product of AZS.
このガラス相は通常重量を基準として約70%のシリカ
(SiO2)、約25%のアルミナ(Al2O3)、約5%の酸
化ナトリウム(Na2O)+痕跡量の他の溶解した酸化物
(ZrO2、CaO、Fe2O3、TiO2)よりなる。This glass phase is usually about 70% silica (SiO 2 ), about 25% alumina (Al 2 O 3 ), about 5% sodium oxide (Na 2 O) + traces of other dissolved by weight. It is composed of oxides (ZrO 2 , CaO, Fe 2 O 3 , TiO 2 ).
このタイプの生成物において、術語「痕跡量」は通常約
0.05重量%より少量を指すものである。In this type of product, the term "trace amount" is usually about
It means less than 0.05% by weight.
凝固条件を変成することにより表層亀裂を向上させるた
めにガラス相を変成する可能性は比較的制限されるもの
と思われる。The possibility of modifying the glass phase to improve surface cracks by modifying the solidification conditions appears to be relatively limited.
コランダムと平衡状態のシリカガラスはアルミナで飽和
されており、唯一の変化可能な因子はアルカリ金属酸化
物である。Silica glass in equilibrium with corundum is saturated with alumina and the only variable factor is the alkali metal oxide.
Na2Oの割合を低下するとムライトの外観に直ぐに影響を
及ぼし、一連の全ての欠陥(亀裂、チッピング等)をも
つ。Lowering the proportion of Na 2 O immediately affects the appearance of mullite, with a whole series of defects (cracks, chipping, etc.).
Na2Oの割合を増加すると薄い部材の表層亀裂に僅かに好
ましい効果をもつように思われるが、Na2Oの割合の増加
は非常に制限され(後から亀裂の発生)、また、高温特
性に好ましくない影響をもつ。Although it seems to have a slightly positive effect on the surface cracks of a thin member that increasing the proportion of Na 2 O, an increase in the proportion of Na 2 O is very limited (cracking later), also, high temperature properties Have an unfavorable effect on
酸化ナトリウムを他のアルカリ金属酸化物で完全にまた
は部分的に置換することが本出願人により探求されてい
る。元素の周期表において、第6周期までのアルカリ金
属を原子量の増加の順に示すと以下の通りである。: リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジ
ウム(Rb)、セシウム(Cs) 次の周期(フランシウム)からは、問題とする元素の全
ての同位体は放射性であり、このことは問題であること
は明らかである。Applicants have sought to completely or partially replace sodium oxide with other alkali metal oxides. In the periodic table of elements, the alkali metals up to the sixth period are shown in the order of increasing atomic weight as follows. : Lithium (Li), Sodium (Na), Potassium (K), Rubidium (Rb), Cesium (Cs) From the next cycle (Francium), all isotopes of the element in question are radioactive, which means that Is obviously a problem.
上述のアルカリ金属の中で、Li、Na、Kは大きな問題もな
く炭酸塩の形態で工業的に入手できるが、Rb、Csは数少
なく、高価である。それにも拘わらず、理解を深めるた
めに、我々は研究を行なう際に高価な元素の1種(Ca)を
含めた。研究を行なう4種のアルカリ金属の主要な特性
を以下の表にまとめる; 上述のアルカリ金属は炭酸塩類の形態で溶融される酸化
物の組成物へ好都合に導入することができる。これは我
々が研究のために選択した方法である。溶融中にCO2ガ
スの放出が起こり、アルカリ金属は凝固生成物のガラス
相に酸化物形態(Li2O、Na2O、K2O、Cs2O)で回収される。Among the above-mentioned alkali metals, Li, Na, and K can be industrially obtained in the form of carbonate without serious problems, but Rb and C s are few and expensive. Nevertheless, for better understanding, we have included one of the expensive elements (Ca) in our research. The following table summarizes the key properties of the four alkali metals studied: The alkali metals mentioned above can be conveniently incorporated into the composition of the oxide to be melted in the form of carbonates. This is the method we have chosen for the study. Emission of CO 2 gas occurs during melting and the alkali metal is recovered in the glass phase of the solidified product in oxide form (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Cs 2 O).
溶融鋳造したAZS生成物のガラス相は多少の重合され
た複合アニオンSiO4 -4及びAlO4 5-並びに単純なO2-及び
格子構造変成剤(または破壊剤)と呼称されるアルカリ
金属カチオンNa+よりなるシリケート骨格構造であるも
のと思われる。Na+イオンの他のアルカリ金属類への完
全な置換または部分的な置換は、ムライト不在の通常の
ガラス相/コランダム平衡を維持するために同一モル数
のイオンにより行なわれなければならない。同一モル数
で、Na+イオンのK+イオンへの置換はK2O/Na2O転換比=
1.52を生ずる。この法則に従えば、質量基準で1%のN
a2Oは1.52%のK2Oへ置換しなければならず、反対に、
質量基準で1.52%のK2Oのモル等量は1%のNa2Oであ
る。更に、アルミナ−ジルコニア−シリカタイプの電気
的に溶融し、鋳造した生成物において、Na2O/SiO2の重
量比は、特にムライトの不在下で両相の間の良好な平衡
を維持するために0.07〜0.14を維持しなければならな
い。この法則は、Na2Oの完全な置換または部分的な置換
が上述のモル転換比K2O/Na2OによるNa2O当量となるよう
に考慮される場合に、K2O含有組成物と同様に適用する
ことができる。従って、満足しなければならない条件は
下記の通りである: 上述の条件下で行なわれた薄い溶融鋳造したAZS物品
を製造するための試みは、使用するアルカリ金属酸化物
の性質に依存して種々の異なる結果を生じた。The glass phase of the melt-cast AZS product is a mixture of some polymerized complex anions SiO 4 -4 and AlO 4 5 - and simple O 2- and an alkali metal cation Na called a lattice structure modifier (or destroyer). It seems to be a silicate skeleton structure consisting of + . Complete or partial replacement of Na + ions with other alkali metals must be done with the same molar number of ions to maintain the normal glass phase / corundum equilibrium in the absence of mullite. With the same number of moles, the substitution of Na + ion for K + ion is K 2 O / Na 2 O conversion ratio
Yields 1.52. According to this law, 1% N by mass
a 2 O must be replaced by 1.52% K 2 O, on the contrary
The molar equivalent of 1.52% K 2 O on a mass basis is 1% Na 2 O. Furthermore, in the electrically fused, cast product of the alumina-zirconia-silica type, the weight ratio of Na 2 O / SiO 2 is to maintain a good equilibrium between the two phases, especially in the absence of mullite. Must be maintained between 0.07 and 0.14. This law, if the complete replacement or partial replacement of the Na 2 O is considered to be a Na 2 O equivalents by mole conversion ratio K 2 O / Na 2 O above, K 2 O-containing composition The same can be applied as. Therefore, the conditions that must be met are: Attempts to produce thin melt-cast AZS articles made under the conditions described above have produced a variety of different results depending on the nature of the alkali metal oxide used.
Na2O含有AZS対照生成物は微細表層亀裂を組織的に示
した。亀裂は10mmの厚さの部材の場合には通常深さ3
mmである。The Na 2 O containing AZS control product systematically showed fine surface cracks. Cracks usually have a depth of 3 for a 10 mm thick member
mm.
Li2O含有AZS生成物は対照生成物より間隔が狭い網状
構造亀裂を示す。他方、該亀裂は余り深くないように思
われる。全体からみて、薄い物品の平均強度は対照生成
物の平均強度とほぼ同様である。The Li 2 O containing AZS product exhibits network cracks that are more closely spaced than the control product. On the other hand, the crack does not seem too deep. Overall, the average strength of the thin article is about the same as that of the control product.
Cs2O含有AZS生成物は数は少ないが、ひどい表面亀裂
を示す。ここで、薄い物品の平均強度は対照生成物の平
均強度とほぼ同様のままである。The Cs 2 O-containing AZS products are few in number but show severe surface cracking. Here, the average strength of the thin article remains about the same as that of the control product.
驚くことに、K2O含有AZS組成物は、表層亀裂が殆ど
不在の薄い溶融鋳造した物品を生ずることを我々は見出
した。薄い物品の曲げ機械的強度は相当向上し(50〜
140%)、種々の試験により表層の品質が特に健全で
あることを確認できた。Surprisingly, we have found that K 2 O containing AZS compositions result in thin melt cast articles that are substantially free of surface cracks. The bending mechanical strength of thin articles is significantly improved (50-
140%), it was confirmed by various tests that the quality of the surface layer was particularly sound.
従って、本発明はアルミナ、ジルコニア、シリカ及びア
ルカリ金属酸化物を主体とする組成物を溶融し、鋳型に
鋳造することにより製造されるセラミック材の物品であ
って、該物品が結晶性コランダム及びジルコニア相及び
ガラス相よりなり、物品の芯から表層までに存在するジ
ルコニアが実質上単斜晶形態であり、30mmまたはそれ
以下の厚さを少なくとも1部にもち且つ機械的強度及び
/または耐摩耗性が最も重要である用途に意図され、前
記組成物が酸化物を基準とする重量%で Al2O3 40〜75 ZrO2 20〜45 SiO2 5〜20 Na2O 0〜2.7 K2O 0.15〜4.25 Fe2O3+Tio2+CaO+MgO 0〜0.3 より実質上なり、重量比(Na2O+K2O/1.52)/SiO2が
0.07〜0.14であることを特徴とするセラミック材の物
品に関するものである。Therefore, the present invention is an article of a ceramic material produced by melting a composition mainly containing alumina, zirconia, silica and an alkali metal oxide and casting the composition into a mold, wherein the article is crystalline corundum and zirconia. Phase and glass phase, the zirconia present from the core to the surface of the article is substantially monoclinic, has a thickness of at least 30 mm or less, and has a mechanical strength and / or abrasion resistance. Is intended for applications where is most important, the composition comprises Al 2 O 3 40-75 ZrO 2 20-45 SiO 2 5-20 Na 2 O 0-2.7 K 2 O 0.1 in wt% based on oxide. 5 to 4.25 Fe 2 O 3 + Tio 2 + CaO + MgO 0 to 0.3, and the weight ratio (Na 2 O + K 2 O / 1.52) / SiO 2
The present invention relates to an article made of a ceramic material characterized by being 0.07 to 0.14.
Fe2O3、TiO2、CaO及びMgOの合計が0.3重量%以下でなけれ
ばならない。良好な特性を得るために、Na2Oの割合が0
〜1.20重量%であり、K2Oの割合が0.25〜2%である
ことが好適である。The total of Fe 2 O 3 , TiO 2 , CaO and MgO must be 0.3 wt% or less. In order to obtain good characteristics, the proportion of Na 2 O is 0
˜1.20 wt% and the proportion of K 2 O is preferably 0.25 to 2 %.
本発明の物品は機械的強度及び/または耐摩耗性が最も
重要である用途に特に有用である。例えば、本発明の物
品は超微粉砕機、固体含有液体用のポンプの耐摩耗性部
材、耐摩耗性被覆等として使用されるが、この記載は用
途の限定を意図するものではないことを理解されたい。The articles of the present invention are particularly useful in applications where mechanical strength and / or abrasion resistance are paramount. For example, although the articles of the present invention are used as ultrafine mills, wear resistant members of pumps for liquids containing solids, wear resistant coatings, etc., it is understood that this description is not intended to limit the application. I want to be done.
カリウムイオンがAZS組成物の表層の凝固中に好まし
い役割を演ずるならば、これは表層亀裂以外の特徴にお
いても表れるはずであるとの感触を得た。It was felt that if potassium ions play a favorable role during solidification of the surface of the AZS composition, this should also appear in features other than surface cracking.
従って、我々は薄い物品として凝固した生成物中の芯か
ら表層までに存在する結晶相を測定するためにX線回折
を使用して詳細な研究を行なった。Therefore, we conducted a detailed study using X-ray diffraction to determine the crystalline phases present from the core to the surface in the solidified product as a thin article.
Na2O含有AZS対照生成物の場合において、厚さ8mmの
物品の芯の結晶相はコランダム、単斜晶ジルコニア及び
ガラス相である。同様の結晶相は表層の約1mmまでの範
囲内で観察される。この場所から表層までの間では、正
方晶ジルコニアが単斜晶ジルコニアより多く出現する。In the case of the AZS control product containing Na 2 O, the core crystalline phases of the 8 mm thick article are corundum, monoclinic zirconia and glass phases. A similar crystal phase is observed within about 1 mm of the surface layer. From this place to the surface layer, tetragonal zirconia appears more than monoclinic zirconia.
同じタイプの結晶化はLi2O含有AZS及びCs2O含有AZ
Sよりなる薄い物品の形態の溶融鋳造した生成物中で観
察される;K2O含有AZS生成物は例外的な形態であ
る。実際に、K2O含有AZS生成物において、コランダ
ム、単斜晶ジルコニア及びガラス相が生成物の芯から表
層まで観察される。正方晶ジルコニアの顕著な回折線は
殆ど出現せず、多くの場合において、物品の厚さ全体に
わたり均一に出現する。The same type of crystallization can be achieved with Li 2 O containing AZS and Cs 2 O containing AZ
Observed in the melt-cast product in the form of a thin article consisting of S; the K 2 O containing AZS product is an exceptional morphology. In fact, in the K 2 O containing AZS product, corundum, monoclinic zirconia and glass phase are observed from the product core to the surface. The prominent diffraction lines of tetragonal zirconia rarely appear, and in many cases appear evenly throughout the thickness of the article.
このそれぞれの結晶相の結果はK2O含有AZS生成物の
表層により弾力性のある挙動を示すものと思われ、冷却
の際に、表層へ正方晶ジルコニア→単斜晶ジルコニアの
自然同素性転移へ適応することができ、一方、正方晶相
は他の組成物のガラス組成物の突然の凝固及び剛性によ
りトラップされる。It is considered that the results of each of these crystal phases show more elastic behavior due to the surface layer of the AZS product containing K 2 O, and upon cooling, the natural allotropic transition of tetragonal zirconia → monoclinic zirconia to the surface layer. While the tetragonal phase is trapped by the sudden solidification and stiffness of the glass composition of other compositions.
K2O含有ガラス相がジルコニアの転移へ適応されると、
ガラス相は過度の剛性なしに、また亀裂発生なしに種々
の凝固時の応力及び冷却応力に耐えることができる。When the K 2 O containing glass phase is adapted to the zirconia transition,
The glassy phase can withstand various solidification and cooling stresses without undue rigidity and without cracking.
他の観点は、体積の増加を伴う正方晶ジルコニア→単斜
晶ジルコニア転移は亀裂の出現を最小限にするために好
ましい表層圧縮応力を生ずるとの知見よりなる。Another aspect consists of the finding that the tetragonal zirconia → monoclinic zirconia transition with increasing volume produces a favorable surface compressive stress to minimize the appearance of cracks.
表層圧縮応力のこの仮説は薄い物品における熱脱応力処
理試験により支持される。Na2O含有AZS対照生成物の
曲げ機械的強度は1100℃で長期間にわたり加熱後も
実質上変化しない(僅かに増加する)。これとは異な
り、K2O含有AZS生成物の機械的強度は1100℃で
の熱処理後に顕著に劣化し、再び、通常の生成物の機械
的強度と同様になる。この結果はK2O含有AZS生成物
の表層における圧縮応力の存在し、該応力は曲げ強度を
向上するが、熱処理後には消失すると説明することがで
きる。This hypothesis of superficial compressive stress is supported by thermal destressing tests on thin articles. The flexural mechanical strength of the Na 2 O containing AZS control product is substantially unchanged (slightly increased) after heating at 1100 ° C. for extended periods of time. On the contrary, the mechanical strength of the K 2 O-containing AZS product deteriorates significantly after the heat treatment at 1100 ° C. and again becomes similar to the mechanical strength of the normal product. This result can be explained by the presence of compressive stress in the surface layer of the K 2 O-containing AZS product, which improves bending strength but disappears after heat treatment.
溶融鋳造したK2O含有AZS生成物の他の特有の性質を
生成物の高温転移の研究において観察した。Na2O含有A
ZS生成物の小形試料を7時間にわたり1600℃へ加
熱し、次に、冷水中で急冷した。2種の生成物のガラス
相の挙動はこのタイプの試験において全く異なることが
観察された。対照生成物の場合において、ガラス相の量
はアルミナ及びジルコニアの溶解により増加し、それに
よって分析値は変化する。K2O含有生成物の場合におい
て、ガラス相の量及びその分析値は実質上変化しない。
K2O含有AZS生成物のガラス相の特異な安定性は該生
成物の特異性を示すものであり、生成物を凝固するとき
に重要な役割を演ずることは確かである。Other unique properties of melt cast K 2 O containing AZS products were observed in the high temperature transition studies of the products. Na 2 O-containing A
A small sample of the ZS product was heated to 1600 ° C. for 7 hours and then quenched in cold water. It was observed that the behavior of the glass phase of the two products was quite different in this type of test. In the case of the control product, the amount of glass phase is increased by the dissolution of alumina and zirconia, which changes the analytical value. In the case of K 2 O-containing products, the amount of glass phase and its analytical value are virtually unchanged.
The unique stability of the glass phase of the K 2 O containing AZS product is an indication of the specificity of the product and certainly plays an important role in solidifying the product.
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明
は以下の実施例により何ら限定されるものではないこと
を理解されたい。なお、実施例において、量すなわち%
は全く重量によるものである。The present invention will be further described below with reference to Examples, but it should be understood that the present invention is not limited to the following Examples. In the examples, the amount, that is,%
Is entirely by weight.
実施例1 アルミナ(少量のNa2Oを含有する)49.9%、ジルコン
サンド47.6%及び炭酸カリウウ2.5%よりな粉末組成物
を酸化物溶融用のヘロールト(Heroult)タイプのアーク
炉へ導入する。フランス特許A-1,208,577号明細書に記
載するような酸化性条件下(ロングアーク)で製造を行
なった。溶融後、鋳造生成物は以下のような分析値をも
つ:Al2O50.1%、ZrO232%、SiO216%、K2O1.
7%、Na2O0.2%、その他<0.3%(分析精度範囲内)。Example 1 A powder composition of 49.9% alumina (containing a small amount of Na 2 O), 47.6% zircon sand and 2.5% potassium carbonate to a Heroult type arc furnace for melting oxides. Introduce. The production was carried out under oxidizing conditions (long arc) as described in French patent A-1,208,577. After melting, the cast product has the following analytical values: Al 2 O 50.1%, ZrO 2 32%, SiO 2 16%, K 2 O 1.
7%, Na 2 O 0.2%, others <0.3% (within analytical accuracy range).
溶融生成物を砂型中で小形スラブのクラスターの形態に
鋳造した。120×120×8mmの寸法の小形スラブは
得られた生成物のに機械的特徴を調べるのに適したもの
である。小形スラブから120×20×8mmの寸法の5
枚の小形板を切り出し、該小板はそれぞれ2つの大きな
鋳造したままの状態の表面をもつ。The molten product was cast in a sand mold in the form of clusters of small slabs. Small slabs measuring 120 × 120 × 8 mm are suitable for examining the mechanical properties of the resulting product. 5 × 120 × 20 × 8mm from small slab
Cut out small platelets, each having two large as-cast surfaces.
比較のために、対照Na2O含有AZS生成物を同様の条件
下で鋳造した。炉へ導入する粉末組成物はアルミナ50.
7%、ジルコンサンド47.6%及び炭酸ナトリウム1.7%
を含有する。溶融後、鋳造生成物は以下の分析値をも
つ:Al2O350.8%、ZrO232%、SiO216%、Na2O
1.2%、その他<0.3%。For comparison, a control Na 2 O containing AZS product was cast under similar conditions. The powder composition introduced into the furnace is alumina 50.
7%, zircon sand 47.6% and sodium carbonate 1.7%
Contains. After melting, the cast product has the following analytical values: Al 2 O 3 50.8%, ZrO 2 32%, SiO 2 16%, Na 2 O.
1.2%, other <0.3%.
2種の生成物の120×20×8mmの試験体の機械的強
度の比較をまず製陶業者及び耐火物の専門家により使用
される慣用の方法により行った:個々の生成物の30個
の試験体を計器を備えたプレス装置を使用して3点曲げ
(軸間距離80mm)で破壊し、そこから破壊弾性率を演
えきする。結果を平均強度及び標準偏差として示す。A comparison of the mechanical strength of 120 × 20 × 8 mm test specimens of the two products was first made by the conventional method used by potters and refractory experts: 30 individual products The test piece is broken by three-point bending (axial distance 80 mm) using a press device equipped with a measuring instrument, and the breaking elastic modulus is deduced therefrom. Results are shown as mean intensity and standard deviation.
3点曲げ強度 標準偏差 AZS-Na2O生成物 50MPa 10MPa AZS-K2O生成物 120MPa 15MPa 本発明による生成物の優秀さは平均機械的強度から非常
に明確に観察できる。Three-point bending strength standard deviation AZS-Na 2 O product 50 MPa 10 MPa AZS-K 2 O product 120 MPa 15 MPa The excellence of the product according to the invention can be very clearly observed from the average mechanical strength.
より詳細な機械的強度の研究は4点曲げを使用して行な
うことができる;実際に、試験体中の応力体積は大き
く、これは大寸法の欠陥を発見する確率を増加する。More detailed mechanical strength studies can be performed using 4-point bending; in fact, the stress volume in the specimen is large, which increases the probability of finding large size defects.
セラミックの機械的強度のばらつきはワイブル統計分析
に良く順応する。Variations in the mechanical strength of ceramics are well adapted to Weibull statistical analysis.
結果のこの分析はパラメーターm(ワイブル弾性率)の測
定、機械的強度のばらつきの特徴及び臨界欠陥の寸法の
特徴を導く(mが大きければ、ばらつきは小さい)。This analysis of the results leads to a measurement of the parameter m (Weibull modulus), a characteristic of the variation of the mechanical strength and a characteristic of the size of the critical defects (larger m, smaller variation).
この機械的強度の研究は弾性率の測定により補足するこ
とができる。弾性率を測定するために2種の非破壊動的
試験法が適用された:超音波及び共振周波数。This mechanical strength study can be supplemented by elastic modulus measurements. Two non-destructive dynamic test methods were applied to measure the elastic modulus: ultrasonic and resonant frequency.
このより詳細な方法が個々の生成物の30個の120×
120×8mmの試験体へ適用された。4点曲げ強度は軸
間隔50mm及び100mmで測定され、負荷は0.3MPa/秒
の速度で増加させた。This more detailed method gives 30 x 120 x individual products.
It was applied to a 120 × 8 mm test piece. The four-point bending strength was measured at axial intervals of 50 mm and 100 mm, and the load was increased at a speed of 0.3 MPa / sec.
得られた結果を以下の表に示す。The results obtained are shown in the table below.
本発明による生成物の4点曲げ機械的強度の増加は3点
曲げよりも顕著でないが、非常に明確である。ワイブル
統計分析は結果のばらつきが少ないことを確認するもの
である。 The 4-point bending mechanical strength increase of the product according to the invention is less pronounced than the 3-point bending, but is very clear. Weibull statistical analysis confirms that there is little variability in the results.
弾性率はセラミックの試験体の欠陥と関連するものであ
る。超音波を使用する測定は芯部の欠陥により鋭敏であ
り、共振周波数を使用する測定は表層欠陥、特に亀裂に
対して鋭敏である。上述の結果はK2O含有AZS生成物
の表層亀裂の発生が少ないことを示すものである。Modulus of elasticity is associated with defects in ceramic specimens. Measurements using ultrasound are more sensitive to core defects and measurements using resonance frequency are more sensitive to surface defects, especially cracks. The above results show that the K 2 O-containing AZS product has less surface cracking.
機械的試験に使用したものと同様の120×20×8mm
の試験体を切断し、表面研磨してX線回折試験に適した
研磨表面を得た。120 × 20 × 8mm similar to that used for mechanical testing
The test body of 1 was cut and the surface was polished to obtain a polished surface suitable for the X-ray diffraction test.
次に、ASTM表に記載されている既知の参照角度で存
在する結晶性相を定性的に測定した。Next, the crystalline phases present at known reference angles listed in the ASTM table were qualitatively measured.
Na2O含有AZS物質は、表層領域において以下の結晶性
相の存在を示した:コランダム、正方晶ジルコニア及び
単斜晶ジルコニア。同一条件下で、K2O含有AZS物質
は以下の結晶性相の存在を示した:コランダム及び単斜
晶ジルコニア。この結果は、K2Oを主体とするガラス相
が正方晶ジルコニア−単斜晶ジルコニアの転移を調節で
きることを示すものである。Na 2 O containing AZS materials showed the presence of the following crystalline phases in the surface region: corundum, tetragonal zirconia and monoclinic zirconia. Under the same conditions, the K 2 O containing AZS material showed the presence of the following crystalline phases: corundum and monoclinic zirconia. This result indicates that the glass phase mainly composed of K 2 O can control the transition of tetragonal zirconia-monoclinic zirconia.
実施例2 前述の実施例において、Na2Oの実質上全てをK2Oに置換
した場合のK2Oの主要な効果を観察した。置換が部分的
である場合でさえカリウムイオンの好適な効果が得られ
ることを観察した。In Example 2 above examples were observed main effect of K 2 O in the case of replacing substantially all of the Na 2 O to K 2 O. It was observed that the favorable effect of potassium ions was obtained even when the substitution was partial.
実施例1と同じ条件下で以下のように分析された組成を
もつ鋳造生成物を作成した。Under the same conditions as in Example 1, a cast product was prepared having the composition analyzed as follows.
機械的強度は実施例1に記載する方法と同様の3点曲げ
で測定した。 The mechanical strength was measured by three-point bending as in the method described in Example 1.
結果を以下の表にまとめる。The results are summarized in the table below.
3点曲げ強度 組成物1 50MPa 組成物2 80MPa 組成物3 95MPa 組成物4 105MPa 組成物5 120MPa 組成物6 120MPa カリウムイオンを非常に低い割合で導入する場合でさ
え、カリウムイオンは亀裂発生及び機械的強度に好適な
効果をもつことが明確に観察できる。Three-point bending strength Composition 1 50 MPa Composition 2 80 MPa Composition 3 95 MPa Composition 4 105 MPa Composition 5 120 MPa Composition 6 120 MPa Potassium ion cracking and mechanical even when potassium ions are introduced at very low proportions It can be clearly observed that it has a favorable effect on strength.
所定の組成物について、K2Oの最適な割合は殆どのナト
リウムイオンがカリウムイオンにより置換される場合で
ある(例えば、組成物5)。これ以上過剰のK2O(例え
ば、組成物6)は冷間においては機械的強度に何も寄与
しない。For a given composition, the optimal proportion of K 2 O is where most sodium ions are replaced by potassium ions (eg composition 5). An excess of K 2 O (eg composition 6) does not contribute anything to the mechanical strength in the cold.
6種の供試組成物の120×20×8mmの試験体を実施
例1に記載したように切断及び表面研磨した。120 × 20 × 8 mm specimens of the six test compositions were cut and surface polished as described in Example 1.
X線回折試験は、組成物1の表層領域にコランダム、正
方晶ジルコニア及び単斜晶ジルコニアの存在を示した。An X-ray diffraction test showed the presence of corundum, tetragonal zirconia and monoclinic zirconia in the surface region of Composition 1.
組成物2の表層には、同様の結晶性相が観察されたが、
正方晶ジルコニアのピークは顕著に小さいものであっ
た。A similar crystalline phase was observed in the surface layer of Composition 2,
The peak of tetragonal zirconia was remarkably small.
組成物3〜6において、正方晶ジルコニアは完全に消失
し、表層の結晶性相はコランダムと単斜晶ジルコニアの
みであった。In Compositions 3 to 6, the tetragonal zirconia disappeared completely, and the surface crystalline layers were only corundum and monoclinic zirconia.
実施例3 薄い溶融鋳造したAZS物品は通常耐摩耗性用途に使用
される。Example 3 Thin melt cast AZS articles are commonly used in wear resistant applications.
耐摩耗性の観点から厳密に、外観の観点及び機械的強度
の観点から別個にK2O含有組成物の表面品質の利点が得
られるかどうかを観察することは興味あることである。It is interesting to observe whether the surface quality advantages of the K 2 O-containing composition can be obtained strictly from the standpoint of wear resistance and separately from the aspect of appearance and the point of view of mechanical strength.
前述の実施例において組成物1と記載するNa2O含有対照
組成物及び前述の実施例において組成物5と記載する実
施例1に記載の組成物を使用して120×120×15
mm及び250×250×25mmの寸法のスラブを鋳造し
た。120 × 120 × 15 using the Na 2 O-containing control composition described as composition 1 in the previous example and the composition described in example 1 described as composition 5 in the previous example.
mm and 250 × 250 × 25 mm slabs were cast.
上述のスラブの寸法は慣用の耐摩耗性用途(例えば、石
灰運搬用の循環路中の被覆)に使用することができる。The dimensions of the slabs described above can be used in conventional wear resistant applications, such as coatings in circuits for transporting lime.
耐摩耗性を標準試験により評価した。溶融鋳造した褐色
のコランダム(0.4〜0.6mm)を空気圧2.8バールを使用
して60m/秒の速度で供試生成物上へ45°の入射角
で吹付ける。抵抗指数は、少なくとも1kgの研摩剤の3
回の吹付けを基準とする対照の体積損失と比較した試料
中の体積の損失から算出した。Abrasion resistance was evaluated by standard tests. Melt-cast brown corundum (0.4-0.6 mm) is sprayed onto the test product at an angle of incidence of 45 ° at a speed of 60 m / s using a pressure of 2.8 bar. The resistance index is at least 1 kg of abrasive
Calculated from the loss of volume in the sample compared to the control's volume loss based on one spray.
120×120×15mmのスラブの摩耗の結果は以下の
通りである。: 250×250×25mmのスラブにおける摩耗試験の結
果は以下の通りである: 上述の結果から、AZS−K2O生成物の表層品質は耐摩
耗性において有意の効果をもつことが判る。The results of the wear of the 120 × 120 × 15 mm slab are as follows. : The results of the abrasion test on a 250 x 250 x 25 mm slab are as follows: From the above results, the surface quality of the AZS-K 2 O product is seen to have a significant effect in the wear resistance.
対照生成物と比較すると、物品の厚さが薄いと、改善は
より顕著となることが判る。しかし、改善がスラブの厚
さの1/3の地点で全く微細であるために、改善は表面的
である。It can be seen that the improvement is more pronounced for thinner articles compared to the control product. However, the improvement is superficial because it is quite fine at 1/3 of the slab thickness.
実施例4 AZS−Na2O組成物の利点の1つは、耐摩耗性用途また
は他の用途のために特別な組体を製造するために非常に
有用である複雑な薄い物品を得ることができる該組成物
の溶融状態での成形性にある。One of the advantages of Example 4 AZS-Na 2 O composition, to obtain a complex thin articles is very useful for producing a special set thereof for the wear resistant applications or other applications It is possible to form the composition in a molten state.
AZS−K2O組成物が表層品質に関する特異的な利点を
保持しながら複雑な物品へ処理するための上述の利点を
保持するかどうかを知ることは重要である。The AZS-K 2 O composition know whether to keep the aforementioned advantages for processing into complex articles while retaining specific advantages concerning the surface quality is important.
前述の実施例における対照組成物1及びAZS−K2O組
成物5を採用した。It was adopted control composition 1 and AZS-K 2 O composition 5 in the previous embodiment.
上述の組成物を通常のヘロールト炉中で溶融し、砂型中
で生成物を鋳造して微少媒体を使用する湿式ミル中で使
用することを意図する特別のディスク形状部材を得た。
これらのディスクは摩砕または分散される組成物中で摩
砕媒体を堆進させるために使用され、従って、機械的郷
土及び耐摩耗性の観点から応力を受ける。The above composition was melted in a conventional hellort furnace and the product was cast in a sand mold to obtain a special disc-shaped member intended for use in a wet mill with a fine media.
These discs are used for propagating the grinding media in the composition to be ground or dispersed and are therefore stressed in terms of mechanical locality and wear resistance.
本実施例で製造したディスクは外径200mm、平均厚1
5mm(不均一な厚さをもつ:突起が存在する)をもち且
つホブ用の中央孔及び装入物を通過させるための縁部孔
を備える部材である。The disc manufactured in this example has an outer diameter of 200 mm and an average thickness of 1
A member having a central hole for the hob and an edge hole for passing the charge, having a thickness of 5 mm (having a non-uniform thickness: projections are present).
組成物1及び5を用いて得られた部材の比較は良く似た
挙動を示す:同様の条件下で同様のものが得られる、無
調節(鋳造温度、冷却条件等)に対する同様の感受性。
しかし、表層の改善された表面外観が組成物5(AZS
−K2O)を用いて得られる部材において組織的に観察さ
れる。Comparison of the parts obtained with compositions 1 and 5 shows very similar behavior: similar is obtained under similar conditions, similar susceptibility to unregulated (casting temperature, cooling conditions etc.).
However, the improved surface appearance of the surface layer is due to the composition 5 (AZS
-K 2 O) is observed systematically in the member obtained.
この知見は適当な液体を用いて表面欠陥を検出できる侵
入対照試験により確証することができる。クモの巣状織
物状の亀裂が組成物1を用いる場合には明確に観察でき
るが、組成物5を用いる場合には亀裂は非常に僅かしか
現れない。This finding can be corroborated by an invasion control test that can detect surface defects using the appropriate liquid. Cobweb-like fissures are clearly visible when using composition 1, but very few cracks appear when using composition 5.
共振周波数は薄い物品の非破壊対照試験法として使用す
ることができる他の手段である。上述のディスクのよう
な複雑な部材の場合において、弾性率は共振周波数の測
定から演えきすることはできない。しかし、同じ幾何的
形状の場合に、低共振周波数は部材を亀裂生成により等
級付ける。組成物1を用いて製造した16個のディスク
は4,250Hzの平均共振周波数が得られ、これに対し
て組成物5を用いて製造した16個のディスクの場合に
は4,870Hzの平均共振周波数が得られる。更に、32
個のディスクを周波数の増加の順に等級付けると、AZ
S−K2O組成物に対応する13個のディスクが優れてい
ることが判る。Resonant frequency is another means that can be used as a non-destructive control test method for thin articles. In the case of complex parts such as the discs mentioned above, the elastic modulus cannot be deduced from the measurement of the resonance frequency. However, for the same geometry, the low resonance frequency will grade the component due to cracking. The 16 discs produced with composition 1 give an average resonance frequency of 4,250 Hz, whereas the 16 discs produced with composition 5 have an average resonance frequency of 4,870 Hz. The frequency is obtained. Furthermore, 32
If we classify the discs in order of increasing frequency, AZ
It can be seen that 13 discs corresponding to the SK 2 O composition are excellent.
また、本発明による組成物を用いるディスク鋳造物の優
秀さは実施例3に記載した摩耗試験を使用することによ
り証明できる。AZS−K2Oディスクの表層耐摩耗性指
数は175であり、これとは異なりAZS−Na2O組成物
の場合は129であった。Also, the excellence of disk castings using the composition according to the invention can be demonstrated by using the abrasion test described in Example 3. Superficial abrasion resistance index of AZS-K 2 O disc is 175, was 129 in the case of AZS-Na 2 O composition different.
上述の全ての結果は、複雑な部材を包含する薄い物品の
形態の溶融鋳造した対照生成物と比較して本発明による
組成物が優れていることを明確に示す。All the above results clearly show the superiority of the composition according to the invention compared to the melt-cast control product in the form of a thin article containing complex parts.
実施例5 上述の全ての実施例においては、電気炉中での組成物の
溶融及び溶融AZS浴の製造は、フランス特許A-1,208,
577号明細書により推奨される高酸化性条件下で行なっ
た。Example 5 In all the examples described above, the melting of the composition in an electric furnace and the production of a molten AZS bath were carried out according to French patent A-1,208,
It was carried out under the highly oxidative conditions recommended by 577.
現在のアーク溶融法はこのタイプの組成物9のために現
在普通に使用されている。Current arc melting processes are now commonly used for this type of composition 9.
上述の実施例の組成物は全て比較的純粋な原料(冶金用
アルミナ、オーストラリア産ジルコン)を用いて製造さ
れており、最終生成物においてMgO+CaO+Fe2O3<0.2%と
することができる。The compositions of the above examples were all made using relatively pure raw materials (metallurgical alumina, Australian zircon), and the final product should have MgO + CaO + Fe 2 O 3 <0.2%. it can.
ここで、不純物を制限する慣例は電気的に溶融される耐
火物を製造する現在の方法に対応するものである。Here, the practice of limiting impurities corresponds to current methods of producing refractory materials that are electrically melted.
しかし、古い方法(浸漬グラファイト電極、米国特許第
2,903,373号明細書の第2頁60行にサンドメーヤーに
より記載されているような生成物を生ずる)により第1
電鋳AZS生成物の不純物(MgO、CaO、Fe2O3)を含有す
る組成物を用いて製造されたAZS生成物におけるアル
カリ金属酸化物K2Oの効果を確認することも重要であ
る。However, the old method (immersed graphite electrode, US Patent No.
No. 2,903,373, page 2, line 60, yielding a product as described by Sandmeyer).
It is also important to confirm the effect of the alkali metal oxide K 2 O on the AZS product produced with the composition containing the impurities (MgO, CaO, Fe 2 O 3 ) of the electroformed AZS product.
以下の化学分析値をもつ生成物を上述の条件下で鋳造し
た。A product with the following chemical analysis values was cast under the above conditions.
組成物7 Al2O3 48.2% ZrO2 32% SiO2 16% Na2O 0.2% K2O 1.9% MgO 0.7% CaO 0.5% Fe2O3 0.5% この組成物は不純物(MgO、CaO、Fe2O3)の存在及び還元
性処理だけが組成物6と異なる。Composition 7 Al 2 O 3 48.2% ZrO 2 32% SiO 2 16% Na 2 O 0.2% K 2 O 1.9% MgO 0.7% CaO 0.5% Fe 2 O 3 0.5% This composition contains impurities (MgO, CaO). , Fe 2 O 3 ) and the reducing treatment.
また、組成物7と、不純物を含有し、通常のアルカリ金
属酸化物Na2Oを含有する還元処理済生成物(古い方法で
溶融し、鋳造したAZS生成物)とを比較した。Composition 7 was also compared to a reduction treated product containing impurities and containing the usual alkali metal oxide Na 2 O (AZS product melted and cast by the old method).
組成物8 Al2O3 49.1% ZrO2 32% SiO2 16% Na2O 1.2% K2O 0% MgO 0.7% CaO 0.5% Fe2O3 0.5% 120×20×8mmの試験体上での3点曲げ機械的強度
は以下のような結果を生ずる: 3点曲げ強度 組成物6 120MPa 組成物7 90MPa 組成物8 50MPa この結果は、古い方法によるAZS生成物(組成物8、
不純物含有還元処理済)が薄い物品の形態において機械
的強度に関して現在の標準生成物(組成物1)に匹敵す
るものであることを明確に示す。Composition 8 Al 2 O 3 49.1% ZrO 2 32% SiO 2 16% Na 2 O 1.2% K 2 O 0% MgO 0.7% CaO 0.5% Fe 2 O 3 0.5% on a 120 × 20 × 8 mm test piece The three-point bending mechanical strength at yields the following results: Three-point bending strength Composition 6 120 MPa Composition 7 90 MPa Composition 8 50 MPa This result indicates that the AZS product according to the old method (composition 8,
It clearly shows that the impurity-containing reduced treatment is comparable to the current standard product (Composition 1) in terms of mechanical strength in the form of thin articles.
同様の処理を施し、同様の不純物を含有するものにアル
カリ金属酸化物K2Oを使用すると(組成物7)、顕著な
改善が得られ、表層は比較的亀裂のない外観となる。The same treatment and the use of the alkali metal oxide K 2 O containing the same impurities (composition 7) gives a marked improvement and the surface has a relatively crack-free appearance.
しかし、還元処理及び不純物は、酸化性条件下及び不純
物不在下で処理した時に、K2O含有AZS生成物の薄い
物品の表面品質を達成することができない。However, reduction treatments and impurities cannot achieve the surface quality of thin articles of K 2 O containing AZS products when treated under oxidizing conditions and in the absence of impurities.
組成物7及び8の120×20×8mmの試験体を切断及
び表面研磨し、次に、実施例1に記載したようにしてX
線回折により試験した。120 × 20 × 8 mm specimens of compositions 7 and 8 were cut and surface polished, then X as described in Example 1.
Tested by line diffraction.
K2Oを含有する組成物7は、表層領域にコランダムと単
斜晶ジルコニアのみ存在することを示した。Composition 7 containing K 2 O showed that only corundum and monoclinic zirconia were present in the surface region.
K2Oが不在の組成物8は表層領域にコランダムと、正方
晶ジルコニア及び単斜晶ジルコニアの存在を示した。Composition 8 in the absence of K 2 O showed the presence of corundum, tetragonal zirconia and monoclinic zirconia in the surface region.
上述の試験体は中線面に沿った2カ所を直角に切断した
ものであり、従って、芯領域の結晶性相を測定すること
ができる。X線回折スペクトルは、K2Oが存在するか、
または不在である全ての試験体において単斜晶ジルコニ
ア及びコンラダムの結晶の存在を示した。The above-mentioned test piece was obtained by cutting two points along the midline at right angles, and therefore, the crystalline phase in the core region can be measured. X-ray diffraction spectrum shows the presence of K 2 O
Or all the specimens that were absent showed the presence of monoclinic zirconia and Conradam crystals.
実施例6 得られる小形プラックが分析により以下の組成(高コラ
ンダム含有):Al2O372.5%+ZrO221%+SiO25.8%
+Na2O0.5%(その他<0.2%)及びK2Oを0.5%添加した
以外は上述と同様の組成をもつ以外は実施例1を反復し
た。鋳造物品の外観及び機械的強度はK2O含有組成の場
合においてより良好である。Example 6 The obtained small plaque was analyzed to have the following composition (high corundum content): Al 2 O 3 72.5% + ZrO 2 21% + SiO 2 5.8%
Example 1 was repeated except that it had the same composition as described above except that + Na 2 O 0.5% (others <0.2%) and K 2 O 0.5% were added. The appearance and mechanical strength of the cast article are better in the case of the K 2 O containing composition.
Claims (5)
リ金属酸化物を主体とする組成物を溶融し、鋳型に鋳造
することにより製造されるセラミック材の物品であっ
て、30mmまたはそれ以下の厚さを少なくとも1部にも
ち、該物品が結晶性コランダム及びジルコニア相及びガ
ラス相よりなり、物品の芯から表層までに存在するジル
コニアが実質上単斜晶形態であり且つ機械的強度及び/
または耐摩耗性が最も重要である用途に意図され、前記
組成物が酸化物を基準とする重量%で Al2O3 40〜75 ZrO2 20〜45 SiO2 5〜20 Na2O 0〜2.7 K2O 0.15〜4.25 Fe2O3+TiO2+CaO+MgO 0〜0.3 より実質上なり、重量比(Na2O+K2O/1.52)/SiO2が0.07〜
0.14であることを特徴とするセラミック材の物品。1. An article of ceramic material produced by melting a composition mainly comprising alumina, zirconia, silica and an alkali metal oxide and casting it in a mold, having a thickness of 30 mm or less. At least one part, the article is composed of crystalline corundum and a zirconia phase and a glass phase, and the zirconia present from the core of the article to the surface layer is substantially monoclinic and has a mechanical strength and / or
Or intended for applications where wear resistance is of paramount importance, wherein the composition comprises Al 2 O 3 40-75 ZrO 2 20-45 SiO 2 5-20 Na 2 O 0-2.7 in weight% based on oxide. K 2 O 0.15 to 4.25 Fe 2 O 3 + TiO 2 + CaO + MgO 0 to 0.3 substantially, and the weight ratio (Na 2 O + K 2 O / 1.52) / SiO 2 is 0.07 to
An article made of a ceramic material characterized by being 0.14.
の割合が0.25〜2重量%である請求項1記載の物品。2. The content of Na 2 O is 0 to 1.20% by weight, and K 2 O
2. The article according to claim 1, wherein the ratio is 0.25 to 2% by weight.
記載の物品。3. The article is a micronizer disc.
The listed article.
物品である請求項1記載の部品。4. A component according to claim 1, wherein the article is a wear resistant article of a pump for liquids containing solids.
記載の部品。5. The component is a wear resistant coated slab.
The parts listed.
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